基于細粒度并行計算模型的折彎角度動態(tài)實時測量技術與系統(tǒng)研究.pdf

1、高精度板料折彎機數(shù)控系統(tǒng)需要在折彎加工過程中動態(tài)實時測量折彎件的折彎角度，利用測量出的角度值計算并控制滑塊的運動，組成一套全閉環(huán)折彎角度控制系統(tǒng)，來實現(xiàn)高精度的折彎角度加工。其中折彎角度動態(tài)實時測量技術是全閉環(huán)折彎角度控制系統(tǒng)中最核心的關鍵技術。
　　本文針對全閉環(huán)角度控制折彎機數(shù)控系統(tǒng)所需要解決的折彎角度動態(tài)測量問題，開發(fā)了一套基于細粒度并行計算模型的動態(tài)實時折彎角度測量系統(tǒng)，利用 GPU細粒度并行計算模型解決了折彎角度動態(tài)實時

2、測量中的計算效率問題，獲得了很大的加速比提升。以下是主要解決的技術問題。
　　在結(jié)構(gòu)光測量技術中，需要提取光條中心點位置，提取的精度對測量系統(tǒng)的測量精度有非常大的影響。通常為了提高提取的精度，會采用亞像素擬合的方式來找到亞像素精度下的光條中心點位置。通常的CPU串行化計算方法，在進行亞像素擬合的時候會因為計算量巨大而消耗很多時間，難以滿足實時性測量系統(tǒng)對于計算效率的要求。所以，開發(fā)了基于細粒度并行計算模型的光條中心點識別方法，提出

3、并實現(xiàn)了并行計算局部極值和并行計算單點亞像素擬合的兩步并行化計算方案，最終實現(xiàn)了15倍的加速比效率，能夠在6毫秒內(nèi)對一幅圖片進行處理，能夠滿足動態(tài)實時測量的需要。
　　在實際的折彎機加工現(xiàn)場中，環(huán)境光和金屬模具上面的鏡面反射光會對光條中心點提取產(chǎn)生干擾，在光條中心點提取的時候會存在多個干擾的中心點，這樣會對最終的光條中心線的擬合產(chǎn)生影響。為了解決這個問題，提出了基于霍夫變換的光條中心線識別方法，并且為了滿足動態(tài)實時測量對于計算效率

4、的要求，實現(xiàn)了基于細粒度并行計算模型的霍夫變換光條中心線擬合方法，實現(xiàn)了 GPU線程間的負載均衡，最終計算的加速比達到了20倍，能夠在3毫秒內(nèi)完成計算，滿足了動態(tài)實時測量的要求。
　　提出并實現(xiàn)了一套折彎角度測量模型，能夠通過數(shù)學模型計算出折彎角度。針對計算過程中需大量求解小型矩陣方程的問題，提出并實現(xiàn)了一種細粒度并行計算方法，采用單個線程對多個小型矩陣進行計算，不再采用傳統(tǒng)的單個矩陣使用多個線程計算的方法，并且特別設計了線程塊的

5、組織方式，每個線程塊對應一個獨立的頂點進行計算，線程塊間沒有數(shù)據(jù)交互，使得并行計算過程中不再存在跨線程塊的數(shù)據(jù)訪問，大幅提升了存儲器訪問效率。最終獲得了17倍的加速比，可以在6毫秒內(nèi)完成一次折彎角的計算，能夠滿足動態(tài)實時測量的要求。
　　針對角度全閉環(huán)控制問題，提出了兩種角度全閉環(huán)控制策略。第一種是基于自由折彎幾何模型的角度全閉環(huán)控制策略，通過計算滑塊下降量進行第一次折彎，充分回彈后測量當前的折彎角度，然后再進行二次折彎。第二種策